زولاستیک‌کاری لاستیک با گوگرد — کشف تصادفی‌ای که لاستیک را به جاده آورد

در منطقه‌ای با تهویه مناسب یا زیر هود شیمیایی کار کنید. عینک ایمنی ضدپاشش شیمیایی، دستکش نیتریلی و روپوش آزمایشگاهی بپوشید. بخارات تربانتین قابل اشتعال هستند و در غلظت‌های بالا می‌توانند باعث سرگیجه شوند. مرحله گرمایش بعدی مقادیر کمی گاز دی‌اکسید گوگرد تولید می‌کند — همان گاز خفه‌کننده‌ای که در تولید اسید سولفوریک نیز تولید می‌شود. اطمینان حاصل کنید که هیچ شعله بازی در محیط کار وجود ندارد. برای مرحله ولکانیزاسیون از آون برقی یا صفحه گرم استفاده کنید — هرگز شعله باز نزدیک تربانتین یا لاستیک قرار ندهید.

۲۰ گرم ورق ربر طبیعی را با قیچی سنگین به تکه‌های کوچکی حدوداً ۵ میلی‌متری مربع برش دهید. هرچه تکه‌ها کوچکتر باشند، سریع‌تر در تربانتین حل می‌شوند. ربر طبیعی (سیس-۱،۴-پلی‌ایزوپرن) یک پلیمر با زنجیره بلند است — هر مولکول شامل هزاران واحد ایزوپرن (C₅H₈) است که سر به سر به هم متصل شده‌اند. این زنجیره‌ها به هم اتصال عرضی ندارند و به همین دلیل ربر قابل حل شدن است: مولکول‌های حلال بین زنجیره‌ها نفوذ کرده و آنها را از هم جدا می‌کنند.

قطعات لاستیک را در یک شیشه بریزید و ۱۰۰ میلی‌لیتر تربنتین (روغن تربنتین خالص یا گام اسپریت) اضافه کنید. درب شیشه را ببندید و ۱۲ تا ۲۴ ساعت بگذارید، و هر از گاهی آن را تکان دهید. لاستیک به آرامی متورم می‌شود، سپس در محلولی غلیظ و ویسکوز حل می‌شود که در اصل همان چسب لاستیک (رابر سیمان) است. تربنتین یک حلال ترپنی است که بین زنجیره‌های پلی‌ایزوپرن نفوذ کرده و آن‌ها را از هم جدا می‌کند. خود گودیير پیش از کشف وولکانیزاسیون خود از تربنتین و نفتا برای کار با لاستیک استفاده می‌کرد.

۲ گرم گل گوگرد (گوگرد عنصری ریزدانه‌شده، S₈) را وزن کنید. این مقدار حدوداً ۱۰٪ گوگرد بر اساس وزن نسبت به لاستیک را نشان می‌دهد — سطح متوسطی از ولکانش که لاستیکی محکم اما انعطاف‌پذیر تولید می‌کند. گوگرد کمتر (۱ تا ۳٪) لاستیکی نرم‌تر و کشسان‌تر می‌دهد؛ گوگرد بیشتر (۲۵ تا ۳۰٪) ابونیت تولید می‌کند — ماده‌ای سخت و صلب که نخستین پلاستیک ترموست تجاری بود. گوگرد را بسایید تا توزیع یکنواخت آن تضمین شود.

پودر گوگرد را به لاستیک حل‌شده اضافه کنید و به مدت ۵ دقیقه به شدت هم بزنید. گوگرد باید به‌طور یکنواخت در سراسر محلول چسبناک پخش شود — به‌صورت ذرات ریز زرد که در چسب لاستیک کهربایی معلق هستند قابل مشاهده است. اگر محلول بیش از حد غلیظ است، مقدار کمی تربانتین اضافه کنید تا اختلاط بهتر شود. این پخش‌شدگی نزدیک برای فرایند ولکانش حیاتی است: در طی ولکانش، گوگرد باید به زنجیره‌های پلیمری نزدیک باشد تا اتصالات عرضی تشکیل دهد. در فرایندهای صنعتی، گوگرد روی غلطک‌های دوتایی گرم‌شده به لاستیک جامد مخلوط می‌شود.

محلول لاستیک-گوگرد را در یک قالب فلزی یا شیشه‌ای کم‌عمق بریزید — یک قالب کوچک کیک‌پزی یا پتری‌دیش مناسب است. آن را به‌طور یکنواخت با ضخامت ۳ تا ۵ میلی‌متر پخش کنید. هرچه لایه نازک‌تر باشد، تربانتین سریع‌تر تبخیر می‌شود و وulcanization یکنواخت‌تر خواهد بود. در صورت نیاز به محصول ضخیم‌تر، می‌توان بعداً چندین لایه نازک را روی هم قرار داد.

قالب را به مدت ۱۲ تا ۲۴ ساعت در محیطی با تهویه مناسب قرار دهید تا تربانتین به طور کامل تبخیر شود. با خروج حلال، لاستیک به یک ورقه انعطاف‌پذیر و چسبناک تبدیل می‌شود که ذرات گوگرد در سراسر آن به دام افتاده‌اند. ممکن است لایه به دلیل گوگرد پراکنده کمی زرد به نظر برسد. برای تسریع خشک شدن گرما ندهید — بخار و گرمای تربانتین خطر آتش‌سوزی دارد. تربانتین باید قبل از وулکانش‌دهی کاملاً حذف شود: حلال باقی‌مانده در لاستیک باعث ایجاد حباب و تضعیف محصول نهایی می‌شود.

ورق لاستیک-گوگرد خشک‌شده (هنوز در قالب خود) را درون یک کوره برقی که از قبل تا ۱۴۰–۱۶۰ درجه سانتی‌گراد گرم شده قرار دهید. این مرحله حیاتی است — کشف تصادفی گودیر. در این دما، حلقه‌های گوگرد S₈ باز می‌شوند و اتم‌های گوگرد به پیوندهای دوگانه در زنجیره‌های پلی‌ایزوپرن حمله می‌کنند و پیوندهای عرضی گوگردی کووالانسی (-C-Sₓ-C-) بین زنجیره‌های مجاور تشکیل می‌دهند. هر پیوند عرضی دو زنجیره پلیمری را به‌طور دائمی به هم متصل می‌کند و شبکه سه‌بعدی‌ای می‌سازد که دیگر نمی‌تواند ذوب شود یا حل گردد. به مدت ۴۵–۶۰ دقیقه حرارت دهید. بوی ضعیف دی‌اکسید گوگرد نشان می‌دهد که واکنش در حال پیشرفت است.

قالب را از فر خارج کرده و اجازه دهید تا دمای اتاق خنک شود. لاستیک باید به‌راحتی و بدون چسبیدن از قالب جدا شود. رنگ آن از کهربایی اولیه به قهوه‌ای یا قهوه‌ای تیره تغییر کرده است — پیوندهای عرضی گوگردی طیف جذب را تغییر می‌دهند. سطح باید سفت و خشک باشد، نه چسبناک — از بین رفتن چسبندگی سطحی نشانه بارز ولکانیزاسیون موفق است. اگر سطح هنوز چسبناک است، ولکانیزاسیون ناکامل بوده است: برای ۳۰ دقیقه دیگر به فر بازگردانید.

لاستیک وulcanize شده را بکشید — باید به طور قابل توجهی کشیده شود و هنگام رها کردن به شکل اصلی خود بازگردد. این بازیابی کشسان ویژگی تعیین‌کننده لاستیک وulcanize شده است و دلیلی است که کشف گودیر صنعت را متحول کرد. با یک تکه لاستیک طبیعی وulcanize نشده مقایسه کنید: تکه وulcanize نشده پس از کشیده شدن تغییر شکل دائمی باقی می‌ماند (permanent set)، در حالی که تکه وulcanize شده به حالت اولیه بازمی‌گردد. مقاومت در برابر گرما را آزمایش کنید: تکه‌ای را نزدیک (نه روی) یک سطح گرم نگه دارید — لاستیک وulcanize شده محکم باقی می‌ماند، در حالی که لاستیک وulcanize نشده نرم و چسبناک می‌شود. مقاومت در برابر حلال را آزمایش کنید: یک تکه کوچک را در تربانتین قرار دهید — لاستیک وulcanize شده کمی متورم می‌شود اما حل نمی‌شود، زیرا پیوندهای عرضی مانع جدا شدن زنجیره‌ها از یکدیگر می‌شوند.

لاستیک ولکانیزه اکنون ماده‌ای پایدار و بادوام است که خواص خود را برای سال‌ها حفظ خواهد کرد. آن را دور از نور مستقیم خورشید و منابع ازون نگه دارید (موتورهای الکتریکی ازون تولید می‌کنند که لاستیک را تخریب می‌کند). ثبت اختراع گودیر در سال ۱۸۴۴ برای این فرآیند ساده — مخلوط کردن لاستیک با گوگرد و گرم کردن — صنعت مدرن لاستیک را آغاز کرد و تولید لاستیک‌های خودرو، شیلنگ، واشر، آب‌بندی، زیره کفش و هزاران محصول دیگر را ممکن ساخت. صنعت جهانی لاستیک امروزه سالانه بیش از ۳۰ میلیون تن مصرف می‌کند و هر تکه لاستیک در هر لاستیک، آب‌بندی و تسمه با همان واکنش بنیادینی ولکانیزه شده که گودیر آن را روی اجاق آشپزخانه‌اش کشف کرد.